(57)【要約】  本発明は、ラジアルターボ機械用ブレード付きディスクを製造する為の方法に関し、この方法は、前面（７）が設けられたディスク（６，１４）を準備するステップと、異なる径の強化リング（２３）を準備するステップとを備える。ディスク（６，１４）を準備するステップは、ディスク（６，１４）と一体で環状のセットの羽根（２０）を実現する工程を含み、これらのセットの羽根（２０）は、中心軸（Ｘ−Ｘ）と同心かつ同軸であり、前面（７）に配置され、各羽根（２０）は、前縁部（２１）と、中心軸（Ｘ−Ｘ）に対して実質的に平行な後縁部（２２）とを有し、さらに／または、複数の補強リング（２３）を準備するステップを含み、このステップは、補強リング（２３）の各々を、中心軸（Ｘ−Ｘ）の周りに配置された環状のセットの補助羽根（２０'）と一体で実現する工程を含み、各々の補助羽根（２０'）は、前縁部（２１'）と、中心軸（Ｘ−Ｘ）に対して実質的に平行な後縁部（２２'）とを有する。補強リング（２３）の各々は、環状のセットの羽根（２０）及び／又は補助羽根（２０'）の一つに向かってディスク（６，１４）に付けられ、環状のセットの羽根（２０）及び／又は補助羽根（２０'）を前面（７）に画定する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラジアルターボ機械用羽根付きディスクの製造方法であって、
前面（７）を備えたディスク（６，１４）を準備するステップと、
異なる直径の複数の補強リング（２３）を準備するステップと、
を含み、
前記ディスク（６，１４）を準備するステップは、
前記ディスク（６，１４）と一体に環状のセットの羽根（２０）を実現する工程を含み、前記セットの羽根（２０）は、前記ディスク（６，１４）の中心軸（Ｘ−Ｘ）と同心かつ同軸であり、前記前面（７）に配置され、各々の羽根（２０）は、前縁部（２１）と、前記中心軸（Ｘ−Ｘ）に対して実質的に平行な後縁部（２２）とを有し、さらに／または
複数の補強リング（２３）を準備するステップは、
前記補強リング（２３）の中心軸（Ｘ−Ｘ）の周りに配置された環状のセットの補助羽根（２０'）を、前記補強リング（２３）の各々と一体で実現する工程を含み、各々の補助羽根（２０'）は、前縁部（２１'）と、前記補助リング（２３）の前記中心軸（Ｘ−Ｘ）に対して実質的に平行の後縁部（２２'）とを有し、前記方法は、
前記環状のセットの羽根（２０）及び／又は補助羽根（２０'）の一つに向かって前記ディスク（６，１４）に前記補強リング（２３）の各々を付けるステップを含み、
前記前面（７）に、環状のセットの羽根（２０）及び／又は補助羽根（２０'）を画定し、各々には、それぞれの補強リング（２３）が設けられる、方法。
【請求項２】
前記ディスク（６，１４）を準備するステップは、
固体ディスク（２７）を準備する工程と、
前記固体ディスク（２７）から材料を除去し、前記前面（７）に複数の環状レリーフ（２８）を画定する工程であって、前記複数の環状レリーフ（２８）は、前記ディスク（６，１４）の中心軸（Ｘ−Ｘ）と同心かつ同軸である、前記工程と、
各々の環状レリーフ（２８）に対して、前記環状のセットの羽根（２０）の一つが画定されるまで各々の環状レリーフ（２８）から材料を除去する工程と、
を含み、
前記補強リング（２３）の各々が、前記ディスク（６，１４）の前記羽根（２０）の末端部に付けられる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
各々の補強リング（２３）を準備するステップは、
固体リング（１００）を準備する工程と、
それぞれの環状のセットの補助羽根（２０'）が画定されるまで、前記固体リング（１００）から材料を除去する工程と、
を含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
各々のセットの羽根に対して、前記ディスク（６，１４）と一体で羽根（２０）が作られ、それぞれの補強リング（２３）と一体で補助羽根（２０'）が作られる、請求項１，２または３に記載の方法。
【請求項５】
補強リング（２３）の各々を付けるステップは、
環状のセットの前記ディスク（６，１４）の２つの羽根（２０）の間に各々の補助羽根（２０'）を設置する工程と、
前記ディスク（６，１４）の前記前面（７）に前記補助羽根（２０'）の末端部を付ける工程と、
を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
各々の環状レリーフに対して、環状のセットの羽根（２０）を画定する工程は、
前記ディスク（６，１４）の前記前面（７）に付けられる根元リング（１８）の成形を含み、それぞれの環状のセットの前記羽根（２０）は、前記根元リング（１８）から突出する、請求項２，請求項２に従属する請求項３，４，５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記補強リング（２３）を付けるステップは、前記羽根（２０）の末端部に補強リング（２３）を接合する工程を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記補強リング（２３）を付けるステップは、前記末端部に設置された連結装置（３２，３３，３４，３５，３６，３７，３８，３９）を介して前記ディスク（６，１４）に前記補助羽根（２０'）の末端部を接合する工程を含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記補強リング（２３）を前記羽根（２０）に載せる為の支持面（Ｐ）を画定するステップを含み、支持面（Ｐ）の各々は、それぞれの環状レリーフ（２８）の端面が位置する面である、請求項２、請求項２に従属する請求項３〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記羽根（２０'）を実現する工程は、少なくとも一つの電極を少なくとも一つの環状レリーフ（２８）に付けることを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項１１】
前記補助羽根（２０'）を実現する工程は、少なくとも一つの電極を少なくとも一つの固体リング（１００）に付けることを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項１２】
前記少なくとも一つの電極は、２つの隣接した羽根（２０）の間に含まれる大きさの形をとる単一の作動部分（３０）を有し、前記２つの羽根（２０）の間の材料を除去し、前記２つの羽根（２０）の間に通路を画定する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記少なくとも一つの電極は、互いに離間された複数の作動部分を有し、それぞれが、２つの隣接した羽根（２０）の間に含まれる大きさの形をとり、同時に多くの羽根（２０）の間の材料を除去し、前記羽根（２０）の間の通路を画定する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記少なくとも一つの電極は、２つの隣接した補助羽根（２０'）の間に含まれる大きさの形をとる単一の作動部分（３０）を有し、前記２つの補助羽根（２０'）の間の材料を除去し、前記２つの補助羽根（２０'）の間に通路を画定する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記少なくとも一つの電極は、互いに離間された複数の作動部分を有し、それぞれが、２つの隣接した補助羽根（２０'）の間に含まれる大きさの形をとり、同時に多くの補助羽根（２０'）の間の材料を除去し、前記補助羽根（２０'）の間の通路を画定する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記羽根付きディスク（６，１４）は、ロータディスク（６）またはステータプレート（１４）である、請求項１〜１５のいずれか一項に記載のラジアルターボ機械用羽根付きディスク。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
本発明の目的は、ラジアルターボ機械用羽根付きディスクの製造方法およびこの方法によって得られる羽根付きディスクである。
【０００２】
ラジアルターボ機械は、それがエネルギを交換する流体の流れが、同一ターボ機械内で終わる少なくとも一部の通路に対して径方向に向けられるターボ機械が意図されている。通路の、この径方向部分は、少なくとも一つの環状のセット羽根によって区切られ、これを通って、流体は、ターボ機械の回転軸に対して径方向に優勢に移動する。
【０００３】
「羽根付きディスク」は、ディスクの前面に留められた複数の環状のセット羽根を備える。これらのセットは、同心であり、各セットは、ディスクの中心軸から等距離に配置された複数の羽根を備える。
【０００４】
複数の羽根は、前面から離れて延び、これらの羽根の前縁部および後縁部は、中心軸に対して平行または実質的に平行である。
【０００５】
羽根付きディスクは、複数の補強リングを更に備え、各補強リングは、前記羽根の一端で環状のセットの羽根の全てと連結され、その端部は、ディスクの前面に連結される端部の反対側にある。
【０００６】
羽根付きディスクは、（ステータプレートとも呼ばれ、ターボ機械のケーシングに対して固定され、その羽根はステータ羽根である）ステータの機能および（ロータディスクと呼ばれ、ターボ機械のシャフトと共に回…し、その羽根はロータ羽根であり、したがって、中心軸は回転軸である）ロータの機能を有する。
【０００７】
本発明は、遠心力利用のラジアル（アウトフロー型）ターボ機械および求心力利用の（インフロー型）ターボ機械の両方に適用される。本発明は、駆動型ターボ機械（タービン）および作動型機械（圧縮機）の両方に適用される。好ましくは、本発明は膨張型タービンに関するが、これに限定されるものではない。好ましくは、本発明は、電気エネルギおよび／または機械エネルギを生み出す為の膨張タービンに関するが、これに限定されるものではない。本発明は、好ましくは、水蒸気を使用するランキンサイクルによって、又は有機ランキンサイクル（ＯＲＣ）によって、地熱資源を使用する発電所に利用される膨張タービンに関するのが好ましいが、これに限定されるものではない。
【０００８】
【発明の背景】
【０００９】
公報US 4,306,833は、周辺領域に配置された２つの環状のセットの羽根を有するディスクであって、各々がディスクの両面の一つにあるディスクが装備された羽根車を備えた圧縮機を図示する。各セットの羽根は、それぞれの環状チャンバ内に延びる。羽根付きディスクは、ダイカストによって実現可能である。リングは、セットの羽根の各先端に付けられ、前記先端の渦形成による損失を排除する。各リングは、羽根車に設けられたボスに挿入されるネジによって羽根車に固定される。
【００１０】
公報US 6,508,631は、ラジアルフロー型ポンプを図示する。このポンプは、ロータと、同心リングに配置され、回転の中心軸に対して実質的に平行な方向にロータの第１面から延びる複数の羽根とを備える。ロータおよび複数の羽根は、単体材料から一体的に形成される。遠心力による変形を減少させる支持リングは、羽根の周りに位置される。
【００１１】
【概要】
【００１２】
この範囲で、出願人は、その生産を加速させ、関連費用を削減しつつ、それらが組み込まれるターボ機械の信頼性及び効率を補償するような高品質を確実にするように、ラジアルターボ機械用羽根付きディスクの為に従来技術の製造方法を改良する必要性に気づいた。
【００１３】
実際、出願人が留意したことは、文献US 4,306,833に図示されたダイカストによるディスクの生産が、たとえば、発電所において、エネルギ発生の為の高精度（即ち、要求される高効率レベルの）ジオメトリを有する羽根を得ることを可能にしないことである。さらに、その文献で開示された圧縮機は、羽根車のディスクの二面に分割された一段のみを有し、それは、エンタルピ上昇を管理するには適していない。最後に、US 4,306,833に開示されたボスは、ロータディスクのリングを装着することを可能にするが、これは、２つの隣接した羽根の間に置かれているので、これらは、これらを通って流れる作動流体の流れを妨害する。
【００１４】
同様に出願人が気づいたことは、文献US 6,508,631に開示されたロータが補強リングを持たないこと、そのため、漏れによる損失を減少させて所望の収率を得ることを可能にしないことである。さらに、これらの文献のいずれも、それぞれのロータを生産する為の方法を詳細に図示していない。
【００１５】
この範囲において、出願人は、以下の目的を設定した。
【００１６】
「製造費用を減らす為に、羽根付きディスクの製造の為に迅速かつ比較的に簡単な方法を提供すること」
【００１７】
「いずれの場合においても、その品質及び構造的精度を改善することを可能し、ラジアルターボ機械が組み込まれるラジアルターボ機械の信頼性及び効率を改善することを可能にする、羽根付きディスクの製造の為の方法を提供すること」
【００１８】
出願人が見い出したことは、上記及び他の目的が、固体材料から羽根を実現することによって、すなわち、初期の単体から材料を除去することによって達成可能であり、羽根は、ディスク上に、及び／又は一つ又は複数の補強リング上の固定材料から形成されることである。
【００１９】
特に、上記及び他の目的は、ラジアルターボ機械用羽根付きディスクの製造の為の方法によって、一つ又は複数の添付された特許請求の範囲に従う、さらに／または、一つ又は複数の以下の態様に従うラジアルターボ機械によって実質的に達成される。
【００２０】
本願の説明において、更に、添付された特許請求の範囲において、用語「軸方向」は、羽根付きディスクの中心軸またはターボ機械の回転軸「Ｘ−Ｘ」に対して平行に向けられた方向を画定することが意図される。形容詞「径方向の」は、羽根付きディスクの中心軸またはターボ機械の回転軸「Ｘ−Ｘ」から垂直に延びる半径に向けられた方向を画定することが意図される。形容詞「周方向の」は、羽根付きディスクの中心軸またはターボ機械の回転軸「Ｘ−Ｘ」と同軸の円周に対して接する方向であることが意図される。
【００２１】
より具体的には、独立形態に従って、本発明は、ラジアルターボ機械用羽根付きディスクの製造の為の方法に関する。
【００２２】
当該方法は、前面が設けられたディスクを準備するステップを含む。
【００２３】
当該方法は、異なる直径を持つ複数の補強リングを準備するステップを含む。
【００２４】
ディスクを準備するステップは、前記ディスクと一体に環状のセット羽根を実現する工程を含み、これらのセット羽根は、前記ディスクの中心軸と同心かつ同軸であり、前記前面に配置され、各々の羽根は、前縁部と、前記中心軸に対して実質的に平行な後縁部とを有する。
【００２５】
代替または追加で、複数の補強リングを準備するステップは、補強リングの中心軸の周りに配置された環状のセット補助羽根を、前記補強リングの各々と一体に実現する工程を含み、各々の補助羽根は、前縁部と、前記補強リングの前記中心軸に対して実質的に平行の後縁部とを有する。
【００２６】
当該方法は、前記環状のセット羽根及び／又は補助羽根の一つに向かってディスクに補強リングの各々を付けるステップを含み、前面に環状のセット羽根及び／又は補助羽根を画定し、各々には、それぞれの補強リングが設けられる。
【００２７】
換言すると、当該方法は、固体材料から全ての羽根をディスク上に実現するステップ、あるいは、固体からの全ての羽根を各補強リング上に実現するステップ、あるいは、幾つかの羽根をディスク上に他の羽根を一つ又は複数の補強リング上に実現するステップを含み、その後、完全な環状のセット羽根を形成するようにリングをディスクに接合するステップを含む。
【００２８】
好ましくは、ディスクを準備するステップは、固体ディスクを準備する工程と、固体ディスクから材料を除去し、前面に複数の環状レリーフを画定する工程であって、複数の環状レリーフは、前記ディスクの中心軸と同心かつ同軸である、工程とを含む。
【００２９】
好ましくは、環状のセット羽根の一つが画定されるまで、環状レリーフの各々から材料が除去され、補強リングの各々がディスクの羽根の末端部に付けられることが、各々の環状レリーフに対して考えられる。
【００３０】
一つの実施形態は、各々の環状レリーフに対して、根元リングと、根元リングから突出する列挙された環状のセット羽根が画定されるまで、各々の環状レリーフから材料を除去する工程を含む。
【００３１】
一実施形態は、羽根を持たない根元リングのみが画定されるまで、各々の環状レリーフから材料を除去する工程含む。
【００３２】
好ましくは、各々の補強リングを準備するステップは、固体リングを準備する工程と、それぞれの環状のセット補助羽根が画定されるまで固体リングから材料を除去する工程と、を含む。
【００３３】
一態様において、各々のセットに対して、羽根は、前記ディスクと一体で作られ、補助羽根は、それぞれの補強リングと一体で作られ、補強リングの各々を付けるステップは、環状のセットディスクの２つの羽根の間に各々の補助羽根を設置する工程と、補助羽根の末端部をディスクの前面に付ける工程とを含む。
【００３４】
追加の独立した態様によると、本発明は、ラジアルターボ機械用羽根付きディスクの製造方法に関し、その方法は、
【００３５】
（ｉ）固体ディスクを準備するステップと、
【００３６】
（ｉｉ）固体ディスクを凸凹切断し、ディスクを画定する為に固体ディスクから材料を除去するステップであって、その前面に、前記ディスクの中心軸と同心かつ同軸の複数の環状レリーフが設けられる、ステップと、
【００３７】
（ｉｉｉ）各々の環状レリーフに対して、中心軸の周りに配置された環状のセット羽根が画定されるまで、各々の環状レリーフから材料を除去するステップであって、各々の羽根は、前縁部と、前記中心軸と実質的に平行の後縁部とを有する、ステップと、
【００３８】
（ｉｖ）各々が環状のセット羽根の一つに対応した、異なる直径の複数の補強リングを準備するステップと、
【００３９】
（ｖ）それぞれの環状のセット羽根の末端部に補強リングの各々を付けるステップと、を含む。
【００４０】
前縁部および後縁部に言及する「前記中心軸に対して実質的に平行」の定義は、前縁部及び後縁部が、直線でも、曲線でも、他の方法で成形されてもよいことが意図され、それらは、中心軸に対して平行な方向に沿って延びることが意図されている。換言すると、前縁部が径方向内側に面する（遠心力利用のラジアルターボ機械）、又は、外側に面する（遠心力利用のラジアルターボ機械）、後縁部が外側に面する（遠心力利用のラジアルターボ機械）又は内側に面する（遠心力利用のターボ機械）。
【００４１】
出願人が確認したことは、本発明に従う方法が、羽根を担持することが意図されたディスクの面で、さらに／または、補助羽根を担持することが意図された補強リングの面で、極端な精度で比較的簡単に作動することを可能にすることである。実際、工具は、特別な制限を受けることなく、前記面上を移動可能であり、前方から作業ができる。このステップの間、羽根は正確に画定されるので、その形成は、容易であり、迅速かつ正確なプロセスである。
【００４２】
好ましくは、初期の固体ディスクおよび／または初期の固定リングは、鍛造加工されるが、それは必然的なものではない。
【００４３】
好ましくは、初期の固体ディスクは、その直径とその軸方向の長さの比が２を越える。
【００４４】
好ましくは、環状レリーフを形成する為の固体ディスクの荒削り（ディスクの半仕上げのステップ）は、回転または穿孔によって実行されるが、これは必然的なものではない。各々の環状レリーフの大きさは、次のステップで画定される羽根を含むような大きさである。
【００４５】
好ましくは、羽根の高さ、すなわち、それらの軸方向の拡張部および中央の膨張平面に特徴的な、それらの他の幾何学的寸法の全ては、固体ディスクおよび／または複数の固体ディスクの荒削りのプロセスの間に画定される。
【００４６】
好ましくは、当該方法は、羽根に補強リングを載せる為の支持面を画定するステップを含む。各々の支持面は、それぞれの環状レリーフの端面が位置する面である。この支持面は、中心軸に対して垂直な支持平面または先端が切られた円錐面でもよい。
【００４７】
一態様において、羽根および／または補助羽根を画定する為の材料の除去（羽根の仕上げステップ）は、フライス加工、好ましくは、前方フライス加工、好ましくは、ボールノーズエンドミルによって実行される。好ましくは、フライス加工の送り量は、約１００ｍｍ／分〜約８０００ｍｍ／分である。好ましくは、フライス加工の切断深さは、約０．００５ｍｍ〜５ｍｍである。好ましくは、フライス加工の接線速度は、約６０ｍ／分〜約２００ｍ／分である。好ましくは、フライス加工の回転速度は、約１０００ｒｍｐ〜約２５０００ｒｐｍである。好ましくは、羽根の高さとフライス加工の直径の比は、約１５未満である。
【００４８】
一態様において、羽根を画定する為の材料の除去は、放電加工によって実行される。好ましくは、羽根および／または補助羽根の実現は、羽根に対して相補形状（又は、２つの隣接した羽根の間に含まれる大きさの形をとる）少なくとも一つの電極を、少なくとも一つの環状レリーフ、好ましくは、環状レリーフの端面に、更に／又は少なくとも固体リングに付けることを含む。好ましくは、前記少なくとも一つの電極は、２つの羽根の間、および／または２つの隣接した補助羽根の間に含まれる大きさの形をとる単一作動部分を有し、前記２つの羽根の間、および／または２つの補助羽根の間の材料を除去し、前記２つの羽根の間、および／または２つの補助羽根の間に通路を画定する。好ましくは、前記少なくとも一つの電極は、（櫛状形状を画定するように）互いに離間された複数の作動部分を有し、各々は、２つの隣接した羽根の間、および／または２つの隣接した補助羽根の間に含まれる大きさの形をとり、多くの隣接した羽根の間の材料を同時に、さらに／または隣接した補助羽根の間の材料を除去し、前記羽根および／または補助羽根の間に通路を画定する。好ましくは、前記少なくとも一つの電極は、中心軸に対して平行な方向に前進される。好ましくは、前記少なくとも一つの電極の送り量は、約１０ｍｍ／分〜約１００ｍｍ／分である。
【００４９】
一態様において、羽根を画定する為の材料の除去は、最初にフライス加工によって、深さが許容されるまで材料を除去し、放電加工によって作業を完了することによって実行される。
【００５０】
羽根仕上げステップの目標は、表面の品質（たとえば、粗さＲａは０．０２〜３２）および精度（たとえば、＋／−０．０１ｍｍ〜＋／−０．５ｍｍ）に細心の注意を払って、最小限の時間で最大限の材料を除去することである。このステップの結果は、それぞれの環状のセット羽根が開いた状態で（すなわち、羽根がディスクから片持ち梁のように突出した）ディスクが得られ、さらに／または、それぞれのセット補助羽根が開いた状態で（すなわち、補助羽根がそれぞれのリングから片持ち梁のように突出した）一つ又は複数の補強リングが得られることである。
【００５１】
一態様において、各々の環状レリーフの為に環状のセット羽根を画定する工程は、ディスクの前面に付けられた根元リングを成形することを含み、それぞれの環状のセット羽根は、前記根元リングから突出する。換言すると、荒削りによって先に画定された環状レリーフは、根元部分を有し、この根元部分は、前面に隣接し、羽根および遠位部分の形成中、実質的に機械加工されないが、この遠位部分は、機械加工され、それから前記羽根が得られる。根元部分は、根元リングを画定する。好ましくは、少なくとも一つの根元リングは、先端が切られた円錐面を画定するように成形され、そこから羽根が突出する。
【００５２】
この先端が切られた円錐面は、作動流体用通路の広がり比または収束（フレアリング）を画定する面である。
【００５３】
そのため、羽根および根元リングは、ディスクと一体のようになっている。
【００５４】
一態様において、補強リングを付けるステップは、前記末端部に設置された連結装置を介して、それぞれの環状のセット羽根の末端部に補強リングを接合および／または補助羽根の末端部をディスクに接合する工程を含む。好ましくは、前記連結装置は、ねじおよび／または釘および／またはブレイズ溶接および／またはジョイントを含む。
【００５５】
補強リングを羽根に、更に／又は、補助羽根をディスクに接合する手段が、熱膨張による径方向の応力および／または（ディスクがロータディスクの場合）遠心力域からの径方向応力によって影響されることを防止するため、リングを羽根にピン留めすることが可能である。ピンは、全ての羽根に挿入可能であり、連結装置と交互に挿入されてもよい。
【００５６】
一態様において、連結装置は、各羽根の末端部に挿入されるネジと、前記ネジの側面に設置される２つのピンとを備える。
【００５７】
異なる態様において、連結装置は、羽根の末端部に挿入されるネジと、隣接した羽根の末端部に挿入されるピンとを備える。
【００５８】
一態様において、複数の補強リングを準備するステップは、補強リングの中心軸の周りに配置される環状のセット補助羽根を、補強リングの各々と一体で実現する工程を含む。各々の補助羽根は、前縁部と、補強リングの前記中心軸に対して実質的に平行な後縁部とを有する。
【００５９】
一態様において、補強リングの各々を付けるステップは、環状のセットディスクの２つの羽根の間に各々の補助羽根を設置する工程と、ディスクの前面に補助羽根の末端部を付ける工程とを含む。
【００６０】
換言すると、当該方法の変形例によると、セット羽根の半分はディスクから一体として得られ、同一セットの前記羽根（補助羽根）の他の半分は、それぞれの補強リングから得られる。ディスクと一体で得られた羽根は、仕上げられる羽根付きディスクのピッチの２倍のピッチで離間され、補強リングの補助羽根も同様に、仕上げられる羽根付きディスクのピッチの２倍のピッチで離間される。いったん補強リングがディスク上に装着されると、セット羽根は、交互の羽根のディスク及び補助羽根によって形成され、ピッチ（羽根および隣接した補助羽根の間の周方向の距離）は正しいピッチである。このように、各々の個々の部品の機械加工は、より簡単なプロセスであることが分かる。たとえば、ミルの大きさを大きくすることができるので、フライス加工だけで実現可能な羽根の高さを得ることができる。
【００６１】
好ましくは、補助羽根の末端部をディスクの前面に付けるステップは、前記末端部に設置される連結装置を介してディスクに補助羽根の末端部を接合する工程を含む。好ましくは、前記連結装置は、ネジおよび／または釘および／またはブレイズ溶接および／またはジョイントを含む。この場合も同様に、補強リングは、ディスクの羽根にピン留め可能なので、補強リングを接合する連結装置が、異なるレベルの熱膨張による径方向の応力および／または（羽根付きディスクがロータディスクの場合）遠心力域からの応力によって影響されることを防止するため、補強リングをディスクの羽根にピン留めすることが可能である。
【００６２】
一態様によると、本発明は、前述した方法に従って、さらに／または、添付される特許請求の範囲によって実現されるラジアルターボ機械用羽根付きディスクに関する。
【００６３】
一態様によると、本発明は、前述した方法に従って、さらに／または、添付される特許請求の範囲によって実現される少なくとも一つの羽根付きディスクを備えるラジアルターボ機械に関する。
【００６４】
一態様によると、羽根付きディスクは、ロータまたはロータディスクである。
【００６５】
一態様において、羽根付きディスクはステータ又はステータプレートである。
【００６６】
一態様において、ラジアルターボ機械は、遠心力利用のラジアルタービンであり、たとえば、単一ロータディスク付き、あるいは、２つの二重反転ディスク付きのラジアルタービンである。
【００６７】
更なる特徴および利点は、本発明に従うラジアルターボ機械用羽根付きディスク、その製造方法の、好ましいが限定されない実施形態の、ラジアルターボ機械の詳細な説明から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
以下、添付図面を参照して、説明するが、これらは、近似的、すなわち、限定されない実施例を提供する目的のためにのみ提供される。
【図１】図１は、本発明に従う２つの羽根付きディスクを備えたラジアルターボ機械の子午線断面である。
【図２】図２は、図１の羽根付きディスクの一つの部分的斜視図である。
【図３】図３は、初期固体ディスクの半割部の側面図である。
【図４】図４は、荒削りステップにおいて除去される材料を強調表示した図３のディスクを図示する。
【図５】図５は、荒削りステップに続く、図３のディスクを図示する。
【図６】図６は、図５のディスクの正面図である。
【図７】図７は、羽根を画定するステップに続く、図３のディスクを図示する。
【図８】図８は、図７のディスクの正面図である。
【図９】図９は、羽根を画定するステップを図示する斜視図である。
【図１０】図１０は、羽根を画定するステップの変形例を図示する斜視図である。
【図１１】図１１は、補強リングを付けるステップに続く、図３のディスクを図示する。
【図１２ａ】図１２ａは、図１１のディスクの詳細の変形例の実施形態を図示する。
【図１２ｂ】図１２ｂは、図１１のディスクの詳細の変形例の実施形態を図示する。
【図１２ｃ】図１２ｃは、図１１のディスクの詳細の変形例の実施形態を図示する。
【図１２ｄ】図１２ｄは、図１１のディスクの詳細の変形例の実施形態を図示する。
【図１２ｅ】図１２ｅは、図１１のディスクの詳細の変形例の実施形態を図示する。
【図１３】図１３は、図１１のディスクの概略的な部分正面図である。
【図１４】図１４は、図１３に示す解決策の変形例を図示する図である。
【図１５】図１５は、製造方法の変形例に従う、図２に示す図を図示する図である。
【図１６】図１６は、図１５に示す組み立てられたディスクの概略図である。
【図１７】図１７は、製造方法の更なる変形例に従う、図２に示す図を図示する図である。
【詳細な説明】
【００６９】
以前に列挙した図を参照すると、参照符合１によってラジアルターボ機械が全体的に表示されている。
【００７０】
図１に図示されたラジアルターボ機械１は、一つのロータ２を備えた遠心力利用のラジアル型膨張タービンである。たとえば、このタービン１は、ランキンサイクル形式、有機ＯＲＣ（有機ランキンサイクル）の、エネルギを発生させる為の、エネルギ源として地熱資源を使用する発電所の分野で使用可能である。
【００７１】
タービン１は、固定ケーシング３を備え、固定ケーシング３内に、ロータ２が回転できるように収容される。このため、ロータ２は、しっかりとシャフト４に連結され、シャフト４は、（シャフト４およびロータ２の回転軸と一致する）中心軸「Ｘ−Ｘ」に沿って伸び、適した軸受５によって固定ケーシング３内で支持されている。ロータ２は、ロータディスク６を備え、このロータディスク６は、前述したシャフト４に直接連結され、前面７と、反対側の後面８が設けられている。前面７は、中心軸「Ｘ−Ｘ」と同心かつ同軸の複数の羽根付きロータリングを片持ち梁のように担持する。
【００７２】
固定ケーシング３は、前壁１０と後壁１１とを備え、前壁１０は、ロータディスク６の前面７の前に置かれ、後壁１１は、ロータディスク６の後面の前に置かれる。前壁１０は、作動流体用軸方向入口を画定する開口を有する。この軸方向入口１２は、中心軸「Ｘ−Ｘ」に置かれ、円形であり、軸「Ｘ−Ｘ」と同心になっている。固定ケーシング３は、通路ボリュート１３も有し、これは、作動流体の為に、ロータ２の径方向外部の周辺位置に置かれ、固定ケーシング３からの出口（図示せず）と流体連通している。
【００７３】
ロータディスク６の前に位置するステータプレート１４は、前壁１０の内面に置かれ、固定されている。ステータプレート１４の後面１５は、固定ケーシング３の前壁１０に付けられ、ステータプレート１４の前面１６は、ロータディスク２の前面７に面する。
【００７４】
ステータプレート１４の前面７は、中心軸「Ｘ−Ｘ」と同心かつ同軸の複数の羽根付きステータリング１７を片持ち梁のように担持する。羽根付きステータリング１７は、ロータディスク６に向かってケーシング３の内側に延び、それらは、羽根付きロータリング９と径方向で交互になっており、作動流体用径方向膨張通路を画定するが、作動流体は、軸方向入口１２を通って入り、径方向に膨張し、通路ボリュート１３に入って前述した出口（図示せず）を通って出るまで、ロータディスク２の周辺に向かって移動する。
【００７５】
羽根付きロータディスク９および羽根付きステータリング１７は、互いに、その中でも構造的に類似している。以下、ロータディスク６の構造およびロータディスク６の製造方法の実施例を説明する。ステータプレートの構造は、類似しており、同一の方法が前記ステータプレート１４を実現する為に使用できる。一般的に、この方法は、ラジアルターボ機械用羽根付きディスク（ステータディスク、ロータディスク）を製造する為に使用される。
【００７６】
この方法を使用して実現されたロータディスク６の一部分は、図２に図示されている。図１及び図２に見られるように、ロータディスク６は、中心軸「Ｘ−Ｘ」と同心かつ同軸の（図２には３つだけが見られる）５つの根元リング１８を備える。５つの根元リング１８は、前面７上に延び、それらの間に４つの環状で同心の根元窪み１９を区切るように、それらは互いに径方向に離間されている。５つの前記根元リング１８は、ロータディスク６と一体に作られている。
【００７７】
根元リング１８の各々は、環状のセットのロータ羽根２０を担持し、これらのロータ羽根２０は、中心軸「Ｘ−Ｘ」から等距離である。そのため、ロータディスク６は、中心軸「Ｘ−Ｘ」と同心かつ同軸の、複数の環状のセットのロータ羽根２０を担持する。セットのロータ羽根２０は、１ピッチで周方向に離間され、２つの隣接した羽根は、それらの間に作動流体の為の通路を区切っている。
【００７８】
各々のロータブレード２０は、根元リング１８の端面から延びている。ロータブレード２０は、根元リング１８の前記端面から、更に、ロータディスク６の前面７から離れて延び、その前縁部２１及び後縁部２２は、中心軸「Ｘ−Ｘ」に対して平行または実質的に平行になっている。図示されたタービン１が遠心力利用のラジアル型である場合、前縁部２１は、中心軸「Ｘ−Ｘ」と径方向で面し、後縁部２２は、径方向外側で面する。
【００７９】
各々の環状のセットのロータ羽根２０の末端部は、根元リング１８の反対側にあるが、これらは、補強リング２３によって互いに連結されている。そのため、図示されたロータディスク６は、５つの補強リング２３を有し、これらは、中心軸「Ｘ−Ｘ」と同心かつ同軸になっている。
【００８０】
前述したように、ステータプレート１４は、構造が類似している。特に、ステータプレート１４は、４つの同心の羽根付きステータリング１７を備える。各々の羽根付きステータリング１７は、根元リング２４，環状のセットのステータ羽根２５、補強リング２６を備える。
【００８１】
各々の羽根付きステータリング１７は、２つの羽根付きロータリング９の間に径方向に入れられ、それらに対して回転するように構成されている。羽根付きステータリング１７の各補強リング２６は、根元窪み１９に設置されている。環状のセットのロータ羽根２０は、環状のセットのステータ羽根２５と径方向に交互になっており、作動流体用の前述した径方向膨張通路を区切っている。
【００８２】
ロータディスク６を参照すると、その製造方法は、固体ディスク２７から始まり、実際のディスク、根元リング１８、ロータ羽根２０を一体化することを含む。
【００８３】
特に、前記固体ディスク２７（図３）は、鍛造プロセスによって最初に実現される固体ディスク２７は、直径「Ｄ」、軸方向の長さ（あるいは、厚さ）「ｔ」を有する。固体ディスク２７は、好ましくはステンレス鋼、たとえば、AISI 410, AISI 420, AISI 630 (PH17-4)又はPH13-4で作られている。直径「Ｄ」は、仕上げられたロータディスク６の直径と実質的に等しい。厚さ「ｔ」は、根元リング２３を除く、径方向最外部羽根付きロータリング９の軸方向の長さに少なくとも等しい。たとえば、直径「Ｄ」と軸方向の長さ「ｔ」の比は、約８に等しい。
【００８４】
固体ディスク２７は、たとえば、回転または穿孔によって荒削りされ、前面７から材料「Ｍ」（図４）を除去し、前記前面７に複数の環状レリーフ２８を区切るが、これらの環状レリーフ２８は、ディスクの中心軸「Ｘ−Ｘ」と同心かつ同軸になっている（図４，図５，図６）。図示された５つの環状レリーフ２８は、各々が根元リング１８および環状のセットの根元羽根２０を形成する。各環状レリーフ２８の大きさは、根元リング１８と、次のステップで区切られるロータ羽根２０とを含むような大きさになっている。図４及び図５で気づけるように、このステップで形成される各々の環状レリーフ２８の軸方向の拡張は、ロータ羽根２０の明らかな拡張と実質的に同一であり、それは、ロータ羽根２０の高さ「ｈ」と根元リング１８の軸方向の長さ「ｙ」の合計に対応する。さらに、この荒削りステップにおいて、中心軸「Ｘ−Ｘ」に垂直な支持平面「Ｐ」は、各環状レリーフ２８に対して画定され、ここに、前記環状レリーフ２８の端面２８'、即ち、そこから得られたロータ羽根２０の端面が位置する。
【００８５】
続いて、当該方法は、ディスクに付けられたままの根元リング１８と、中心軸「Ｘ−Ｘ」の周りに配置された環状のセットのロータ羽根２０とが画定されるまで、各々の環状レリーフ２８に対して、各々の環状レリーフから材料を除去するステップを含む。このステップにおいて、隣接したロータ羽根２０の間の通路が画定され、各々のロータ羽根２０において、空力プロファイルが与えられる（図７、図８、図９、図１０）。このステップの結果は、全ての環状のセットのロータ羽根２０が開いた状態で（すなわち、羽根２０が片持ち梁のようにディスクから外に突出した）ディスクが得られる。さらに、ロータ羽根２０は、高精度（＋／−０．０１ｍｍ）および良好な品質の面（Ｒａ）を備えて得られる。
【００８６】
一実施形態（図９）によると、ロータ羽根２０及び根元リング１８を画定する為の材料の除去は、前方フライス加工、例えば、ボールノーズエンドミルによるミル２９を用いて、以下の表１に列挙されたパラメータに従って実行される。
【表１】
2019510921.tif 000003
【００８７】
変形例（図１０）によると、ロータ羽根２０及び根元リング１８を画定する為の材料の除去は、放電加工によって実行される。２つの隣接したロータ羽根２０の間で得られるべき空の大きさの形をとる電極の作動部分３０は、以下の表２に列挙されたパラメータに従って、正面から前記環状レリーフ２８の端面２８'に当てられる（それを軸方向「ｘ」または中心軸「Ｘ−Ｘ」に対して平行に移動させる）。
【表２】
2019510921.tif 000004
【００８８】
追加の変形例によると、電極は、互いに離間された複数の作動部分３０を有し、各々は、２つの隣接したロータ羽根２０の間の大きさの形をとる。そのため、この電極は、同時に多くの羽根２０の間で材料を除去し、前記羽根の間に通路を画定することができる。
【００８９】
追加の変形例によると、ロータ羽根２０及び根元リング１８を画定する為の材料の除去は、最初に、深さが許容するまで（前述したように）前方フライス加工によって材料を除去し、（前述したように）放電加工によって作業を完了する。
【００９０】
図７に見られるように、２つの径方向に最外部の根元リング１８は、面３１を有し、その面３１から、ロータ羽根２０が突出し、前記面は、先端が切られた円錐面であり、作動流体用通路の広がり比（フレアリング）を画定する。しかしながら、３つの径方向最内部根元リング１８のロータ羽根２０が突出する面３１'は、中心軸「Ｘ−Ｘ」に対して垂直な平面に位置する。
【００９１】
５つの補強リング２３は、別個に準備され、各々の径方向の寸法は、環状のセットのロータ羽根２０の一つに対応する。図１１に図示されるように、各々の補強リング２３は、それぞれのセットのロータ羽根２０の端面（これが、中心軸「Ｘ−Ｘ」に対して垂直な前述した支持平面「Ｐ」を画定する）に付けられ、羽根２０の末端部に接合される。
【００９２】
図１２ａ−図１２ｅは、幾つかの可能な連結装置を示し、これらは、前記末端部に設置され、この為に適している。
【００９３】
図１２ａは、（複数のネジ）のネジ３２を図示し、このネジ３２は、補強リング２３内に設けられた貫通孔３３を通り、ロータ羽根２０に設けられたネジ付きシート３４にねじ込まれる。図１２ｂは、（複数のネジ）のネジ３２を図示し、このネジ３２は、ディスク６、根元リング１８，ロータ羽根２０を貫通して設けられた貫通孔３３を通り、補強リング２３に設けられたネジ付きシート３４にねじ込まれる。図１２ｃは、釘３５を示し、この釘３５は、ロータ羽根２０に頑丈に拘束され、補強リング２３に設けられた貫通孔３３に挿入され、リベット留めされる。図１２ｄは、羽根２０および補強リング２３の間に入れられたブレイズ溶接を図示する。図１２ｅは、羽根２０および補強リング２３の間で実現されたジョイント３７を示す。
【００９４】
言及された連結装置に加えて、ピン３８を提供することができ、これは、補強リング２３の中およびロータ羽根２０の中に設けられた特定の穴に挿入される。
【００９５】
たとえば、図１３に図示されたものによると、各々のロータ羽根２０は、ネジ付きシート３４と、そのネジ付きシート３４の両側に設置される２つの穴３９とを有し、ネジ付きシート３４の中には（図１２ａの）ネジ３２がねじ込まれ、２つの穴３９には２つのピン３８が設定される。
【００９６】
補強リング２３は、前述した貫通孔３３と、ピン３８用の２つの側部シート（図示せず）とを有する。図１４の変形例において図示されたものによると、ロータ羽根２０は、ネジ付きシート３４を有し、ここに（図１２ａの）ネジ３２がねじ込まれ、２つの隣接した羽根２０には、ピン３８用の穴３９を有する。
【００９７】
図１５及び図１６は、前述した製造方法の変形例を図示する。この変形例によると、環状のセットのロータ羽根２０の半分は、ロータディスク６と一体に作られ、同一セットの前記ロータ羽根の他の半分は、補助ロータ羽根２０'と呼ばれるが、これらは、それぞれの補強リング２３と一体に作られる。
【００９８】
そのため、この変形例に従う方法は、（例えば、第１実施形態の為に前述したフライス加工または放電加工によって）補強リング２３の各々と一体に環状のセットの補助羽根２０'を作るステップを含み、前記補助羽根２０'は、補強リング２３の中心軸「Ｘ−Ｘ」の周りに配置され、当該方法は、各々の補助羽根２０'を同一の環状のセットのロータディスクの２つの羽根２０の間に配置し、その補助羽根２０'の末端部をロータディスク６の前面７に付けることによって補強リング２３の各々を付けるステップを含む。
【００９９】
図１５に図示されるように、ロータディスク６と一体に作られたロータ羽根２０のピッチは、完全な環状のセット羽根のピッチの２倍である。補強リング２３と一体に作られた補助ロータ羽根２０'のピッチも、完全な環状のセット羽根のピッチの２倍である。各々の補助羽根２０'は、前縁部２１'と、補強リング２３の中心軸「Ｘ−Ｘ」に対して実質的に平行な後縁部２２'とを有する。
【０１００】
ロータディスク６は、貫通孔３３を有し、この貫通孔３３は、後面８に開口し、２つのロータ羽根２０の間の根元リング１８の面３１にも開口する。ロータディスク６は、ピン３８の為の穴３９を有し、この穴３９は、ロータ羽根２０に設けられ、前記ロータ羽根２０の末端面に開口する。
【０１０１】
補強リング２３は、ピン３８の為の穴３９を有し、この穴３９は、補助ロータ羽根２０'を担持する面であって、２つの連続した補助ロータ羽根２０'の間で開口する。補強リング２３は、ネジ付きシート３４を有し、このネジ付きシート３４は、補助ロータ羽根２０'に設けられ、前記補助ロータ羽根２０'の末端面に開口する。
【０１０２】
ネジ３２は、貫通孔３３に挿入され、補助ロータ羽根２０'のネジ付きシート３４にねじ込まれる。ピン３８は、補強リング２３およびロータ羽根２０の穴３９に挿入される（図１６）。
【０１０３】
いったん補強リング２３がロータディスク６に装着されると、セット羽根は、ディスク６のロータ羽根２０および補助ロータ羽根２０'が交互に構成され、ピッチ（羽根２０および隣接した補助羽根２０'の間の周方向の距離）は正しいピッチになる。
【０１０４】
図１７は、前述した製造方法の追加の変形例を図示するが、ここで、全ての羽根は、補強リング２３上に一体で成形された補助羽根２０'である。このため、想像されることは、（図１７に一点鎖線で示された）固体リング１００が準備され、その固体リング１００から、それぞれの環状のセットの補助羽根２０'が画定されるまで材料が除去されることである。
【０１０５】
ディスク６が得られる、この固体ディスク２７は、それよりも、前面７に複数の環状レリーフ２８を形成するように機械加工されるが、前記レリーフ２８は、羽根を持たない（図１７には１つだけが見られる）根元リング１８を画定し、前記ディスク６の中心軸「Ｘ−Ｘ」と同心かつ同軸である。
【０１０６】
ロータディスク６は、貫通孔３３を有し、この貫通孔３３は、補強リング２３の補助羽根２０'の各々において、後面８および根元リング１８の面に開口する。補強リング２３は、ネジ付きシート３４を有し、このネジ付きシート３４は、前記補助ロータ羽根２０'の末端面に開口する。ネジ３２は、貫通孔３３に挿入され、補助ロータ羽根２０'のネジ付きシート３４にねじ込まれる。
【図１】
2019510921.tif 000005
【図２】
2019510921.tif 000006
【図３−５】
2019510921.tif 000007
【図６】
2019510921.tif 000008
【図７】
2019510921.tif 000009
【図８】
2019510921.tif 000010
【図９】
2019510921.tif 000011
【図１０】
2019510921.tif 000012
【図１１】
2019510921.tif 000013
【図１２ａ】
2019510921.tif 000014
【図１２ｂ】
2019510921.tif 000015
【図１２ｃ】
2019510921.tif 000016
【図１２ｄ】
2019510921.tif 000017
【図１２ｅ】
2019510921.tif 000018
【図１３】
2019510921.tif 000019
【図１４】
2019510921.tif 000020
【図１５】
2019510921.tif 000021
【図１６】
2019510921.tif 000022
【図１７】
2019510921.tif 000023
【国際調査報告】
2019510921.tif 000024
2019510921.tif 000025